天然气减阻剂的合成及减阻性能测试装置的改进与应用

【摘要】： 由于全球油气资源分布很不均衡,需求量因地区差异较大,使得油气资源从产地到用户之间需要一个庞大的储运系统来连接。一旦这个储运系统的运行受阻,不仅对油气消费区的经济发展产生不利影响,而且还会给油气生产区的经济造成巨大损失。对于关键的输送环节而言,新建管道难以满足需求,而老管道由于腐蚀老化输送能力又逐渐下降,解决这个矛盾最经济有效的方法就是使用天然气减阻增输技术。目前,国内外普遍采用管道内涂层减阻技术来实现增输,并取得了很好的技术效果和良好的经济效益,但管道内涂层减阻方法施工设备复杂、费用较高,特别是随着输气时间的延长和不定时清管,管道内涂层不断脱落,减阻效果逐渐降低,严重时甚至产生负效应,且只有管径较大时(大于500mm)内涂层才会有经济效益。 20世纪90年代,美国率先提出了天然气减阻剂减阻技术,并在实际输气管道中进行了应用实验,取得了初步效果。该技术是将具有表面活性剂性质的被称作天然气减阻剂的化学品定期注入天然气管道中,通过极性端对钢铁表面的吸附,形成弹性分子薄膜,达到降低管壁粗糙度实现减阻的目的。直接注入天然气减阻剂减阻技术可以克服管道内涂层减阻技术的不足,具有广阔的应用前景。目前该技术在国外还处于研发阶段,而国内还是空白。 本文综述了国内外天然气管道发展的技术现状及趋势,着重分析了天然气管道内涂层减阻技术和减阻剂减阻技术。在减阻剂减阻技术中,对天然气减阻剂减阻机理进行了初步探索,指出构成天然气减阻剂的主要物质应具有类似表面活性剂的结构,即一端为长链烷基,另一端为能与钢铁表面牢固结合的具有含氮基团的大分子化合物或聚合物。还分析了天然气减阻剂减阻技术的可行性以及可能存在的问题。 根据天然气减阻剂减阻机理,设计并合成了三种天然气减阻剂:多酰胺基减阻剂、长链烷基醇酰胺Ⅰ和长链烷基醇酰胺Ⅱ。用红外光谱图表征了所合成的目的产物,通过优化实验探讨了各种反应条件对反应的影响,给出了最佳合成条件。用SEM技术观察了三种化合物在钢片表面成膜情况,结果表明这三种化合物都具有良好的成膜性能,具有潜在的减阻性能。 针对测试中出现的问题,对原有的天然气减阻性能测试系统进行了改造;开发了可以满足减阻性能测试需要的数据采集软件,初步确定了天然气减阻剂性能评价方法;对合成出的各种天然气减阻剂都进行了不同温度和不同浓度的测试,并对测试结果以图表的形式进行了分析;对系统误差进行了理论分析,提出了消除系统误差的建议。 【关键词】：天然气管道 减阻剂 合成 减阻性能 测试环道
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TE869
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 文献综述11-29
• 1.1 国内外天然气管道发展状况11-15
• 1.1.1 国外天然气管道发展状况11-14
• 1.1.2 国内天然气管道发展状况14-15
• 1.2 天然气管道减阻的主要技术现状15-25
• 1.2.1 管道减阻方法15-16
• 1.2.2 管道内涂层减阻技术16-20
• 1.2.3 输气减阻剂发展概况20-25
• 1.3 开展天然气减阻剂减阻技术研究的意义25-27
• 1.4 存在的问题27-28
• 1.4.1 研制方面存在的问题27
• 1.4.2 应用方面存在的问题27-28
• 1.5 本论文的主要任务28-29
• 第二章 减阻机理及几种天然气减阻剂的合成29-51
• 2.1 减阻机理研究29-32
• 2.1.1 能量损失的原因29-30
• 2.1.2 管道输气的水力摩阻分析30-31
• 2.1.3 减阻剂作用机理31-32
• 2.2 几种天然气减阻剂的合成32-50
• 2.2.1 多酰胺基减阻剂的合成32-40
• 2.2.1.1 合成原理33
• 2.2.1.2 实验仪器及药品33
• 2.2.1.3 实验步骤33-34
• 2.2.1.4 产物分析34-36
• 2.2.1.5 正交优化实验36-38
• 2.2.1.6 实验室成膜工艺及电镜分析38-40
• 2.2.2 长链烷基醇酰胺Ⅰ40-46
• 2.2.2.1 合成原理40
• 2.2.2.2 实验仪器及药品40
• 2.2.2.3 实验步骤40
• 2.2.2.4 产物分析40-42
• 2.2.2.5 反应条件对合成的影响42-44
• 2.2.2.6 实验室成膜工艺及电镜分析44-46
• 2.2.3 长链烷基醇酰胺Ⅱ46-50
• 2.2.3.1 合成原理46-47
• 2.2.3.2 产物分析47
• 2.2.3.3 反应条件对合成的影响47-49
• 2.2.3.4 实验室成膜工艺及电镜分析49-50
• 2.3 实验小结50-51
• 第三章 数据采集系统与减阻效果评价51-81
• 3.1 环道改动情况51-53
• 3.2 数据采集系统介绍53-56
• 3.2.1 主控窗口53-54
• 3.3.2 历史报表窗口54
• 3.2.3 实验数据统计报表窗口54-55
• 3.2.4 控制设定窗口55-56
• 3.3 减阻效果测试与分析56-81
• 3.3.1 测试条件的确定56-58
• 3.3.1.1第二临界雷诺数Re_2的取值范围56-57
• 3.3.1.2 质量流量的取值范围57-58
• 3.3.2 测试流程58-59
• 3.3.3 减阻效果分析59-78
• 3.3.3.1 烷基咪唑啉59-63
• 3.3.3.2 烷基咪唑啉复配63-65
• 3.3.3.3 多酰胺基表面活性剂65-69
• 3.3.3.4 长链烷基醇酰胺Ⅰ69-72
• 3.3.3.5 长链烷基醇酰胺Ⅱ72-76
• 3.3.3.6 液体减阻剂76-78
• 3.3.4 系统误差分析78-81
• 第四章 结论及下一步工作方向81-83
• 4.1 结论81
• 4.2 下一步工作及建议81-83
• 参考文献83-88
• 致谢88-89
• 学位论文评阅及答辩情况表89

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